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Murmeltiere essen Kekse

Ressourcenknappheit fördert die Artenbildung

Die Konkurrenz von Artgenossen gilt als treibende Kraft der Evolution. Forscher haben nun einen überraschenden Zusammenhang gefunden: Sind die Ressourcen knapp, führt die Konkurrenz zur Bildung neuer Arten - zumindest in mathematischen Modellen.

Bio-Mathematik 15.07.2015

Wenn Wissenschaftler versuchen, die Logik der Evolution nachzubilden, dann greifen sie häufig zu Modellen aus der sogenannten Spieltheorie. In dieser Theorie geht es um Gewinn und Verlust in Spielen, Auktionen und Wettkämpfen aller Art.

Für die Beschreibung des Konkurrenzkampfes um Ressourcen haben Wissenschaftler bisher ein Auktionsmodell verwendet, das als "Amerikanische Auktion" bekannt ist - bzw. im Englischen treffender: "All-Pay-Auction". Dabei zahlt jeder Bieter für sein Gebot. Nicht nur der, der den Zuschlag erhält.

Kämpfe als Auktion

Bei solchen Auktionen wird meist ein Steigerungsschritt festgelegt, beispielsweise fünf Euro. Jeder, der ein Gebot abgibt, zahlt fünf Euro - und bietet, solange das persönliche Budget ausreicht. Den Zuschlag erhält derjenige mit dem letzten Gebot. Beliebt ist diese Auktions-Form bei Benefiz-Versteigerungen, weil die Einnahmen oft deutlich höher sind als der Wert des zu versteigernden Gegenstands.

Die Studie

"Biological Auctions with Multiple Rewards", Proceedings of the Royal Society B (15.7.2015).

Das Modell solcher "All-Pay-Auktionen" wurde in der evolutionären Spieltheorie etwa verwendet, um mathematisch zu beschreiben, wenn mehrere Männchen um ein Weibchen als Sexualpartner kämpfen. Das "Gebot" eines Männchens entspricht dann seinem Aufwand, etwa Risiko oder Energieeinsatz in diesem Kampf - und dieses "Gebot" ist auf jeden Fall zu zahlen, gleich, wer den Zuschlag, also das Weibchen, erhält.

Der Informatiker Johannes Reiter vom IST Austria hat nun gemeinsam mit dem österreichischen Biomathematiker Martin Nowak von der Harvard University dieses Modell erweitert. In dieser Variante steht nicht nur eine Ressource zur Verfügung, sondern mehrere mit unterschiedlichem Wert, um die es sich lohnt zu kämpfen.

Population teilt sich

Wie Reiter und Co. in den "Proceedings" der Royal Society schreiben, entstehen in diesem Szenario völlig unterschiedliche Strategien: "Wenn wenige Individuen um wenige Ressourcen konkurrieren, werden höhere Gebote abgegeben", erklärt Reiter. Wenn hingegen viele Individuen um wenige Ressourcen konkurrieren, lässt sich hingegen nur mehr ein kleiner Teil der Population auf den Wettstreit ein. Die meisten Individuen geben in diesem Fall nur geringe "Gebote" ab oder gar keine - schlichtweg deshalb, weil der Wettstreit zu "teuer" ist.

"In unserem neuen Modell zeigen wir, dass ein Engpass an Ressourcen zu einer Teilung der Population in eine wetteifernde und eine anspruchslose Gruppe führen kann", sagt Reiter. Und eine solche Trennung kann wiederum zur Bildung von Arten beitragen.

Der aus Niederösterreich stammende Reiter hat an der Technischen Universität Wien Informatik studiert und im Frühjahr am IST Austria seinen PhD absolviert. Seither arbeitet er als Postdoc am Dana-Farber Cancer Institute und an der Harvard University in Boston.

science.ORF.at/APA

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